焦化廠焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術分析

劉 芳

（山東省冶金設計院股份有限公司，濟南 250101）

焦化生產期間排放的煙氣含有氮氧化物和二氧化硫污染物，PM2.5 在此轉化中約占空氣總量的50%，同時，酸雨也會因此形成，這將造成嚴重的環境污染問題。脫硫脫硝技術的發展和進步為控制焦炭煙氣污染物提供了方向指導，尤其是氮氧化為工作的進行提供了保證。本文主要分析目前相對完善的幾種方法，為之后的脫硫脫硝工作順利進行提供保障。

1 焦爐煙氣特點概述

從儲煤區域生產的洗精煤直接從煤廊輸送到煤塔中，由漏嘴通過煤車并依次進入炭化室，然后在 1 000℃的高溫下處理后成為焦炭，焦爐加熱使用回爐氣體從外管輸送到煉焦爐的不同燃燒室，并且在燃燒室與預熱的空氣混合并燃燒，燃燒得到的廢氣通過垂直火道和斜道后，在通過分煙道、總煙道時利用儲熱室和格子磚進行換熱，然后排出。

焦爐具有比較特別的生產方式，其排出的熱煙氣含有各種混合物和粉塵等氣體，其中屬氮氧化物較多，需要煙氣脫硫、脫氮、除塵后方可排出。煙氣中的二氧化氮在高溫燃燒后出現，焦爐煤氣含有的氫氣體超過50%，燃燒速度相對較快，火焰燃燒溫度在 1 800℃左右，其間，氧氣和氮氣將在1 300℃左右發生明顯的氧化反應后產生二氧化氮。

從一般的角度來看，焦爐煙氣具有以下明顯的特征。第一，其中煙氣的溫度范圍為180～300℃，其溫度易于上下波動；第二，其中煙氣的組分比較復雜，二氧化硫的成分較高，其濃度在140～450 mg/Nm3，二氧化硫容易與氨發生反應形成硫銨酸，會使管道堵塞和設備腐蝕；第三，焦爐煙囪需要一直處在受熱準備的狀態，就是在脫硫脫硝后，最終排出溫度要控制在約130℃[1]。

2 煙氣脫硫工藝分析

煙氣中的二氧化硫本身是弱酸性物質，通過與相應的堿性物質反應后，它便可以被消除。根據吸收劑的形式不同，脫硫可分為濕法和干法。

2.1 干法脫硫

干燥和半干燥煙道氣脫硫系統中的固體堿性吸收劑，通過煙氣穿透堿性吸收劑和煙道氣的方式和煙道氣進行接觸，無論何種環境下，其中含有的二氧化硫和固體堿性物質都一定會反應生成硫酸鹽和亞硫酸鹽。為了快速發生反應，固體堿性物質要細小或松散。半干法煙道將水加入到氣體脫硫系統的煙道氣中，使堿性物質顆粒表面形成液膜，再將二氧化硫加入其中，可以使固體堿性物質反應速度提高，此技術中的脫硫和之后的處理都是在干燥環境中進行，這種方法對設備的腐蝕不是很明顯，沒有存在污水排放現象，并且在排放氣體的過程中沒有顯著的溫度下降，它使煙囪更容易通風和擴散。但是，該方法存在脫硫劑使用效率低、設備龐大等缺陷。

2.2 濕法脫硫

世界各地的濕法煙氣脫硫工藝，其機理和形式都很相似，基本都是通過使用石灰石、碳酸鈉和其他物質來當成洗滌劑，并在反應塔中通過洗滌煙氣以除去煙氣中的硫氧化物，這種方法至今已經存在50年之久，并在不斷改進和完善。之后，其技術開始成熟，脫硫效率超過95%。其產能相對較大，煤種適應性較強，運行成本較低，副產品易于回收利用。

石灰石濕法脫硫工藝因為使用的吸收劑成本低，已廣泛用于濕法脫硫領域。此工藝具有脫硫率較高、吸收劑使用率高的優勢，可以滿足高濃度下二氧化硫的處理要求。缺點是基本建設投資成本高，脫硫廢水具有一定的腐蝕性，更重要的是，需要連續采買石灰石，副產品亞硫酸鈣處理更加困難。

焦化廠通常可以使用氨脫硫技術。氨脫硫方法不僅可以消除管道中的氧氣，還可以利用焦化廠回收車間的處理系統，使二者結合發生反應來生產硫酸銨。同時，選擇適合的媒介作為反應的脫硫劑，如氨水等，從而減輕機器的負擔。氨脫硫方法使用液體吸收劑來洗滌煙道氣，以除去其中的氧氣。該器械簡單，比較易于操作，脫硫效率高[2]。

氨脫硫不是一種綜合方法，不能在同一時刻完成處理，只能單獨建立系統；副產硫酸銨肥料質量受氨水質量的影響，其純度難以達到標準要求。這對其本身質量有著很大的要求，所以可以使用陶膜覆蓋，但其必須經過過濾后方可使用；拖尾在溫度較低的情況下就會形成，為了防止這種情況發生，需要加裝發熱零件；硫酸銨鹽在液柱中結晶，易于黏附在塔壁或噴管上，從而產生管道堵塞和嚴重腐蝕，設備選擇要求高，腐蝕嚴重，需要考慮防腐和清潔設備。

2.3 其他方法

近幾年，隨著科學技術的發展，我國脫硫技術研究有了新的突破。除了傳統的干法和濕法脫硫，又衍生出其他脫硫方法，如超重力脫硫技術，但大部分仍然處于試驗階段，等待進一步的工業應用驗證。

3 煙氣脫硝工藝分析

在各種脫硝技術中，選擇性催化還原法的脫硝效率最高，應用范圍最廣，相對成熟。這種方法需要采用適量的催化劑，即氨，有選擇地把其中的二氧化氮還原為水和氮，催化反應溫度控制在約400℃。該技術沒有副產品，通過增加催化劑負載量，脫硝效率可以達到約90%。

在設計系統時，煙氣溫度是催化劑選擇的主要參數，該技術所需的高溫條件約為400℃，催化反應只能在一定的溫度范圍內進行，有催化的最佳溫度，溫度高低將直接影響反應過程。為了控制煉焦爐煙氣溫度，人們需要改進煙氣加熱系統。反應產物是氮和水，不能回收，只會消耗能量和原始材料，不會產生任何價值，而且催化劑三年就需要更換，其成本非常高[3]。

關于SCR 催化劑脫硝，人們可以改良催化劑，適當降低反應速率，使反應溫度降低。但是，低溫環境下，大多數技術處于試驗階段，尚未用于任何工業裝置實踐。由于氨和二氧化硫在低溫下易于形成銨鹽，導致催化劑中毒，影響催化劑性能，低溫脫硝催化劑的采購路線都相對集中，價格較高[4]。

4 工藝設計改進建議

根據煙氣排放的相關標準，煙氣中二氧化硫的濃度小于30 mg/Nm3，二氧化氮濃度小于150 mg/Nm3。因此，需要添加額外的脫硫和脫硝系統，以確保煙氣達標排放。

首先，先硫后硝方法的特點是煙氣通過脫硫，其中的二氧化硫濃度就會降低，這可以減少脫硝時硫酸氫銨和硫酸銨的形成，確保脫硝催化劑的活性，延長其使用壽命。但是，并不是所有工藝都能使用濕法脫硫，而且在溫度不斷下降的過程中，就算是干法脫硫脫硝也沒法進行，只有加裝發熱材料，提高余熱使用效率，盡可能減少干法脫硫器械的使用來減少成本[5]。

其次，先硝后硫方法的優點是沒有加工過的煙氣溫度約為300℃，比較適用于低溫SCR 方法進行脫硝反應，隨后可以通過鍋爐實現余熱加工、重復利用或者收回。但這種方法存在兩個缺點。

一是焦爐煙道氣在180℃左右含有氧氣，而氧氣在150～200℃（恰好是反硝化反應的適宜溫度）會和氨發生反應，反應產物又極易對催化劑的結構造成損壞，使催化劑失去效果，最終導致設備堵塞、無法使用。因此，在設計脫硝系統時，人們可以添加濾網和洗滌系統，通過過濾器清洗藥劑表面的雜質[6]。

二是濕法脫硫的反應溫度為40～50℃。在濕法脫硫后，煙道氣溫度通常在40～50℃，基本低于露點標準，如果直接排放，不再加熱處理，很容易形成酸霧，對煙囪進行腐蝕，不利于煙霧的擴散。同時，在雨季來臨時，就會出現白霧現象，所以凈化后的煙氣需要加熱到130℃左右（廢熱鍋爐產生的蒸汽部分可以直接使用），這樣焦爐煙囪總是處于熱備用狀態，煙氣脫硫設備示意圖如圖1所示。

圖1 煙氣脫硫設備

5 結語

據焦爐煙氣的屬性和相關標準，本文分析了現有的焦爐煙氣脫硫脫硝工藝，論述了煙霧脫硫脫硝的基本過程和相關問題。人們要不斷改進和完善焦爐煙氣脫硫脫硝工藝，為脫硫脫硝工作的順利開展提供有效指導和參考。